Ciclo di Carnot

Limitazioni

Quando parliamo di fisica e termodinamica del Ciclo di Carnot ci riferiamo a una sequenza di processi che avvengono in un motore di Carnot. È un dispositivo ideale costituito da poche lavorazioni di tipo reversibile. Ciò significa che una volta che questi processi hanno avuto luogo, lo stato iniziale può essere ripreso. Questo tipo di motore è considerato in fisica come un motore ideale e viene utilizzato per poter pianificare il resto dei motori.

In questo articolo ti diremo tutto ciò che devi sapere sul ciclo di Carnot e le sue caratteristiche principali.

caratteristiche principali

Fase del ciclo di Carnot

Stiamo parlando che questo tipo di motore è considerato un motore ideale. Questo è così poiché manca la dissipazione di energia, a causa dell'attrito con il suolo o con l'aria e nessun tipo di viscosità. Tutte queste caratteristiche o svantaggi si presentano in qualsiasi motore reale, da allora è impossibile convertire l'energia termica in lavoro utilizzabile al 100%. Tuttavia, l'heap di Carnot può simulare tutte queste condizioni per poter funzionare meglio ed eseguire calcoli in modo più semplice.

Quando acquistiamo un motore, lo facciamo partendo da una sostanza che è in grado di funzionare. Ad esempio, le principali sostanze utilizzate sono gas, benzina o vapore. Quando queste sostanze che sono in grado di svolgere un lavoro sono soggette a vari cambiamenti sia di temperatura che di pressione, generare alcune variazioni nel loro volume. In questo modo, un pistone può essere spostato all'interno di un cilindro per avere il motore.

Qual è il ciclo di Carnot?

ciclo di carnot

Questo ciclo si verifica all'interno di un sistema chiamato motore di Carnot. In questo motore c'è un gas ideale che è racchiuso in un cilindro e che è dotato di un pistone. Il pistone è a contatto con varie sorgenti che si trovano a temperature differenti. In questo sistema ci sono alcune lavorazioni che possiamo riassumere nei seguenti passaggi:

  • Una certa quantità di calore viene fornita al dispositivo. Questa quantità di calore proviene dal serbatoio termico ad alta temperatura.
  • Il motore esegue il lavoro grazie a questo calore che verrebbe fornito
  • Parte del calore viene utilizzata e parte viene sprecata. I rifiuti vengono trasferiti al serbatoio termico che si trova a una temperatura inferiore.

Dopo aver visto tutti i processi, vedremo quali sono le fasi del ciclo di Carnot. L'analisi di questi processi viene eseguita utilizzando un diagramma in cui vengono misurati la pressione e il volume. Lo scopo del motore può essere quello di mantenere il serbatoio numero due fresco estraendo calore da esso. In questo caso parleremo di una macchina di raffreddamento. Se, al contrario, l'obiettivo è trasferire calore al serbatoio termico numero uno, allora parleremo di una pompa di calore.

Se analizziamo un diagramma di pressione e volume vediamo che le variazioni di pressione e temperatura del motore vengono mostrate in determinate condizioni che sono le seguenti:

  • Finché la temperatura viene mantenuta costante. Qui stiamo parlando di un processo isotermico.
  • Nessun trasferimento di calore. Qui è dove abbiamo l'isolamento termico.

I processi isotermici devono essere collegati tra loro e questo si ottiene grazie all'isolamento termico.

Fasi del ciclo di Carnot

variazione di pressione e volume

Al punto di partenza possiamo iniziare con qualsiasi parte del ciclo in cui il gas ha determinate condizioni di pressione, volume e temperatura. Questo e il gas subiranno una serie di processi che lo porteranno a tornare alle condizioni di partenza. Una volta che il gas era tornato alle condizioni iniziali, era in condizioni perfette per avviare un altro ciclo. Queste condizioni sono date finché l'energia interna alla fine è la stessa dell'energia interna all'inizio. Ciò significa che l'energia è conservata. Sappiamo già che l'energia non viene né creata né distrutta, ma solo trasformata.

La prima fase del ciclo di Carnot si basa su un'espansione isotermica. In questa fase il sistema assorbe calore dal serbatoio termico 1 e subisce un'espansione isotermica. Quindi, il volume del gas aumenta e la pressione diminuisce. Tuttavia, la temperatura rimane stabile poiché quando il gas si espande si raffredda. Sappiamo quindi che la sua energia interna rimane costante nel tempo.

Nella seconda fase abbiamo un file espansione adiabatica. Adiabatico significa che il sistema non guadagna o perde calore. Ciò si ottiene ponendo il gas in un isolamento termico come indicato sopra. Pertanto, in un'espansione adiabatica il volume aumenta e la pressione diminuisce fino a raggiungere il suo valore più basso.

In terzo stadio abbiamo una compressione isotermica. Qui togliamo l'isolamento e il sistema entra in contatto con il serbatoio termico numero 2, che sarà a temperatura inferiore. Per questo motivo, il sistema è responsabile del trasferimento del calore di scarto che non è stato utilizzato a questo serbatoio termico. Con il rilascio del calore, la pressione inizia ad aumentare e il volume a diminuire.

Infine, nell'ultima fase del ciclo di Carnot abbiamo acompressione adiabatica. Torniamo qui ad una fase di isolamento termico da parte del sistema. La pressione aumenta il volume diminuisce fino a raggiungere nuovamente le condizioni iniziali. Pertanto, il ciclo è pronto per ricominciare.

limitazioni

Come accennato prima, il motore di Carnot è idealizzato. Ciò significa che da allora ha i suoi limiti i motori reali non hanno quel 100% di efficienza. Sappiamo che due macchine Carnot hanno la stessa efficienza se funzionano entrambe con gli stessi serbatoi termici. Questa affermazione significa che mi interessa la sostanza che usiamo, poiché le prestazioni saranno totalmente indipendenti e non possono essere aumentate.

La conclusione che traiamo dall'analisi precedente è che il ciclo di Carnot è il vertice del processo termodinamico che può essere idealmente raggiunto. Cioè, oltre a questo, non ci sarà nessun motore con maggiore efficienza. Sappiamo che il fatto dell'isolamento termico non è mai perfetto e gli stadi adiabatici non esistono, poiché c'è uno scambio termico con l'esterno.

Nel caso di un'auto il blocco motore si riscalda e invece la miscela di benzina e aria non si comporta esattamente, comunichi idealmente. Per non parlare di alcuni fattori che causare una drastica riduzione delle prestazioni.

Spero che con queste informazioni possiate saperne di più sul ciclo di Carnot e sulle sue caratteristiche.


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